Abbildung des Doppelpulsars PSR J0737−3039A/B. (Michael Kramer/MPIfRA) Zwei Pulsare in einer engen binären Umlaufbahn eingeschlossen, haben die Vorhersagen von Einsteins Theorie erneut bestätigt generelle Relativität .
Über 16 Jahre hinweg hat ein internationales Team von Astronomen das beobachtet Drücken Sie Paar mit dem Namen PSR J0737−3039A/B und stellte fest, dass die relativistischen Effekte im Timing ihrer Pulse gemessen werden können – genau wie vorhergesagt und erwartet. Dies ist das erste Mal, dass diese Effekte beobachtet wurden.
„Wir haben ein System kompakter Sterne untersucht, das ein konkurrenzloses Labor zur Überprüfung von Gravitationstheorien in Gegenwart sehr starker Gravitationsfelder darstellt“, sagt der Astronom und Astrophysiker Michael Kramer vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Deutschland, der die Forschung leitete.
„Zu unserer Freude konnten wir einen Eckpfeiler von Einsteins Theorie testen: die von ihr getragene Energie.“ Gravitationswellen , mit einer Präzision, die 25-mal besser ist als mit dem mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Hulse-Taylor-Pulsar und 1.000-mal besser als derzeit möglich Gravitationswelle Detektoren.'
Pulsare sind wohl die nützlichsten Sterne am Himmel. Sie sind eine Art von Neutronenstern , was bedeutet, dass sie sehr klein und dicht sind; bis zu 20 Kilometer (12 Meilen) Durchmesser und etwa das 2,4-fache der Sonnenmasse.
Was sie zu Pulsaren macht, ist die Tatsache, dass sie pulsieren. Von ihren Polen aus schießen Strahlungsstrahlen im Radiowellenlängenbereich und sie sind so ausgerichtet, dass diese Strahlen wie ein Leuchtturm aufblitzen, wenn sich der Stern dreht, und zwar mit einer Geschwindigkeit von bis zu Millisekunden.
Diese Blitze sind unglaublich präzise zeitlich abgestimmt, was bedeutet, dass es für uns Pulsare sind möglicherweise die nützlichsten Sterne im Universum . Variationen in ihrem Timing können zur Navigation, zur Erkundung des interstellaren Mediums und zur Untersuchung der Schwerkraft genutzt werden.
Der 2003 entdeckte PSR J0737−3039A/B liegt etwa 2.400 Lichtjahre entfernt und ist der einzige bisher identifizierte Doppelpulsar. Er bot eine neue Gelegenheit für Studien: einen weiteren Test der Relativitätstheorie in einem von den Forschern als „konkurrenzloses Labor“ bezeichneten Labor. zum Testen von Schwerkrafttheorien.
Die beiden Pulsare liegen sehr nahe beieinander und durchlaufen alle 147 Minuten eine Umlaufbahn. Man dreht sich mit 44 Mal pro Sekunde ziemlich schnell. Der andere ist jünger und langsamer und dreht sich alle 2,8 Sekunden einmal. Da diese Objekte jedoch so dicht sind, sind ihre Gravitationsfelder sehr stark, was bedeutet, dass sie den Zeitpunkt und den Winkel der gegenseitigen Impulse beeinflussen können.
Genau das suchten die Forscher mithilfe von sieben leistungsstarken Teleskopen auf der ganzen Welt im Laufe von 16 Jahren.
„Wir verfolgen die Ausbreitung von Radiophotonen, die von einem kosmischen Leuchtturm, einem Pulsar, emittiert werden, und verfolgen ihre Bewegung im starken Gravitationsfeld eines Begleitpulsars“, sagt die Astrophysikerin Ingrid Stairs von der University of British Columbia in Kanada.
„Wir sehen zum ersten Mal, wie das Licht nicht nur aufgrund einer starken Krümmung der Raumzeit um den Begleiter verzögert wird, sondern auch, dass das Licht um einen kleinen Winkel von 0,04 Grad abgelenkt wird, den wir erkennen können.“ „Noch nie zuvor wurde ein solches Experiment bei einer so hohen Raumzeitkrümmung durchgeführt.“
Insgesamt führten die Forscher sieben Tests der Allgemeinen Relativitätstheorie durch, darunter die Art und Weise, wie sich die Ausrichtung der Umlaufbahn des Doppelsterns ändert, bekannt als Apsidenpräzession , und die Art und Weise, wie die Pulsare die Raumzeit mit sich ziehen, während sie sich drehen, genannt Frame-Ziehen oder der Lense-Thirring-Effekt. Dies ermöglichte eine präzise Verfolgung des Pulsar-Timings.
„Abgesehen von Gravitationswellen und Lichtausbreitung können wir mit unserer Präzision auch den Effekt der ‚Zeitdilatation‘ messen, der dazu führt, dass Uhren in Gravitationsfeldern langsamer laufen“, erklärt der Astrophysiker Dick Manchester vom CSIRO in Australien.
„Wir müssen sogar Einsteins berühmte Gleichung E = mc verwenden.“ 2 Dies ist zu berücksichtigen, wenn man die Auswirkung der elektromagnetischen Strahlung des sich schnell drehenden Pulsars auf die Orbitalbewegung betrachtet. Diese Strahlung entspricht einem Massenverlust von 8 Millionen Tonnen pro Sekunde! Das scheint zwar viel zu sein, aber es ist nur ein winziger Bruchteil – drei Teile in einer Milliarde Milliarden – der Masse des Pulsars pro Sekunde.“
Die Ergebnisse ergänzen eine wachsende Zahl hochpräziser Messungen relativistischer Effekte, die bisher alle mit Einsteins Vorhersagen übereinstimmen. Die Raumzeit um das supermassereiche Schwarze Loch M87 *, die Art und Weise, wie Sterne die Milchstraße umkreisen eigenes zentrales supermassereiches Schwarzes Loch , Die Zeitmessung von Atomuhren , A Drei-Sterne-System und Beobachtungen von a im Wert von 14 Jahren wackeliger Pulsar – alle stimmen mit der Allgemeinen Relativitätstheorie überein.
In den nächsten Jahren, wenn immer leistungsfähigere Teleskope auf den Markt kommen, werden wir wahrscheinlich noch präzisere Tests der Schwerkraft unter der Allgemeinen Relativitätstheorie erleben, da Wissenschaftler weiterhin nach Löchern suchen.
„Die Allgemeine Relativitätstheorie ist nicht kompatibel mit den anderen fundamentalen Kräften, die von der Quantenmechanik beschrieben werden.“ Daher ist es wichtig, die allgemeine Relativitätstheorie weiterhin so streng wie möglich zu testen, um herauszufinden, wie und wann die Theorie zusammenbricht“, erklärt der Astrophysiker Robert Ferdman von der University of East Anglia im Vereinigten Königreich.
„Eine Abweichung von der allgemeinen Relativitätstheorie zu finden, wäre eine große Entdeckung, die ein Fenster zu neuer Physik öffnen würde, die über unser derzeitiges theoretisches Verständnis des Universums hinausgeht.“ Und es kann uns dabei helfen, schließlich eine einheitliche Theorie der Grundlagen zu entdecken Naturgewalten .'
Die Forschung wurde veröffentlicht in Körperliche Untersuchung X .